Привет, Гиктаймс! Модернизация оперативной памяти - самый элементарный вид апгрейда в ПК, но лишь до тех пор, пока вам везёт, и вы не наткнулись на одну из многочисленных несовместимостей железа. Рассказываем, в каких случаях набор крутой оперативной памяти не «заведётся» на старом ПК, почему на некоторых платформах нарастить ОЗУ можно только с помощью «избранных» модулей и предупреждаем о других характерных причудах железа.

Об оперативной памяти мы знаем, что её много не бывает, и что, в зависимости от древности компьютера, выбирать приходится из очень старой DDR, старой DDR2, зрелого возраста DDR3 и современной DDR4. На этом руководство уровня «ну, вы главное покупайте, а там оно как-нибудь будет работать, или обменяете, если что» можно было бы завершить - пришло время рассмотреть приятные и не очень частности в подборе железа. То есть, случаи, когда:

• должно ведь работать, но почему-то не работает
• апгрейд нерентабелен или его лучше произвести «многоходовочкой»
• модернизацию хочется провести «малой кровью» в соответствии с потенциалом ПК

Проконтролируйте, где находится контроллер

Раньше контроллеры находились вне процессора, а теперь, так уж сложилось, работают изнутри

На этом фоне альтернативы из лагеря AMD того же времени выглядят менее пестро: все чипсеты под Socket 754, который приютил Athlon 64, представителей микроархитектуры K8, поддерживают память DDR, этот же тип памяти поддерживали процессоры для Socket 939 (Athlon 64 и первые двухъядерники Athlon 64 X2). Причем контроллер памяти в случае с чипами AMD был встроен в процессор - сейчас таким подходом никого не удивишь, однако Intel целенаправленно сохранял контроллер в чипсете, как раз для того, чтобы комбинировать процессоры для одного и того же сокета с новыми типами ОЗУ.

По этой причине последующие чипы AMD для сокета AM2/AM2+ с контроллером ОЗУ под крышкой процессора работали только с DDR2, а Intel с её «долгожителем» Socket 775 растянул удовольствие с DDR по самые помидоры DDR3! В более современных платформах оба производителя процессоров перешли на интегрированный в кристалл СPU контроллер и подобные фокусы поддержкой разномастной RAM отошли в прошлое.

Когда сменить чипсет дешевле, чем раскошеливаться на старую память

Потому что один и тот же объём памяти DDR2 на вторичном рынке окажется минимум на 50% дороже, чем сопоставимая по ёмкости память DDR3. Не говоря уже о том, что DDR3 ещё не снята с конвейера, поэтому её можно приобрести в новом состоянии, недорогим комплектом.
А ещё с новыми чипсетами появляется возможность расширить ОЗУ до актуальных и сегодня величин. Например, если сравнить цены в российской рознице, то 8 гигабайт (2x 4 Gb) памяти DDR2 с частотой 800 МГц обойдутся вам эдак в 10 тысяч рублей, а такой же объём памяти стандарта DDR3 с частотой 1600 МГц (Kingston Value RAM KVR16N11/8, например) - в 3800-4000 рублей. С учётом продажи-покупки материнской платы для старого ПК затея выглядит разумно.

Реалии модернизации компьютеров с «нативной» поддержкой DDR и DDR2 всем давно известны:

• модули памяти с различными таймингами и частотой чаще всего умудряются сработаться, а «выравнивание» происходит либо по профилю SPD в менее производительном модуле, либо (что хуже), материнская плата выбирает стандартный для себя профиль работы с RAM. Как правило, с минимально допустимой тактовой частотой.
• число модулей, в идеале, должно быть равно числу каналов . Две планки памяти объёмом 1 Гбайт каждая в старом ПК будут работать быстрее, нежели четыре модуля объёмом 512 Мбайт. Меньше модулей - ниже нагрузка на контроллер, выше эффективность.

• в двухканальном режиме эффективнее работают модули равного объёма . Иными словами 1 Гбайт + 1 Гбайт окажутся лучше, чем 1 Гбайт + 512 Мбайт + 512 Мбайт.
• оцените производительность платформы до покупки памяти . Потому что некоторые чипсеты не раскрывают потенциал даже своего «допотопного» типа RAM. Например, платформа Intel 945 Express оборудована двухканальным контроллером DDR2 с поддержкой частоты до 667 МГц. А это значит, что купленные вами модули DDR2 PC6400 платформа распознает, но модули будут ограничены в быстродействии и станут работать только в качестве PC2-5300, «идентичных натуральным».

И, вроде бы, этого списка нюансов достаточно, чтобы захотеть «перетянуть» компьютер на базе LGA775 на чипсет с поддержкой DDR3. Однако, вы таки будете смеяться, да только в модернизации старой платформы с помощью новой ОЗУ тоже есть свои нюансы.

В дебютных платформах с поддержкой DDR3 (чипсеты Intel x4x и x5x и аналоги AMD того же времени) контроллеры способны работать только модулями старого образца. Абсурдная ситуация? Да, но факт остаётся фактом.

Дело в том, что старые системы не владеют «языком общения» с модулями, которые оснащены чипами памяти высокой плотности. На бытовом уровне это означает, что вот этот модуль, у которого 4 гигабайта «размазаны» на восемь чипов на лицевой стороне печатной платы, работать в старом ПК не сможет. А старый модуль, у которого этот же объём реализован на 16 чипах (по 8 с каждой стороны) при аналогичном объёме и частоте будет работоспособен.

Такие проблемы с совместимостью характерны, например, для десктопного Intel G41 Express (тот самый, что тянет на себе немалую долю выживших Core 2 Duo или Core 2 Quad) или мобильного Intel HM55 (ноутбуки на базе первого поколения Intel Core на базе микроархитектуры Nehalem).

Иногда производители материнских плат/ноутбуков выпускают новые версии BIOS для того, чтобы научить старые платформы работать с новыми ревизиями ОЗУ, но чаще всего ни о какой долговременной поддержке старого оборудования речи не идёт. И, к сожалению, ни о каких спецсериях памяти для владельцев «устаревших, но не совсем» ПК речи не идёт - производство памяти ушло вперёд и поворачивать его вспять очень дорого.

Чтобы не забивать голову такими понятиями, как «плотность чипа памяти», на бытовом уровне владельцам старых ПК советуют искать Double-sided DIMM , двусторонние модули памяти, которые с бОльшей вероятностью будут совместимы с дебютными платформами на базе DDR3. В модельной линейке Kingston подходящим вариантом будет HyperX Blu KHX1333C9D3B1K2/4G - 4-гигабайтный модуль DDR3 для десктопов с шестнадцатью модулями памяти на борту. Его не так легко найти в продаже, но хочешь 16 Гбайт на старом ПК - умей вертеться.

И да, «лучшие из архаичных» чипсеты, такие как Intel P35 Express, например, тоже довольствуются поддержкой DDR3 на частоте 1333 вместо типичных для бюджетных платформ современности 1600 МГц.

HyperX Blu KHX1333C9D3B1K2 - один из немногочисленных способов заполучить 16 Гбайт ОЗУ в старых ПК

Нет разнообразия - нет проблем

Примерно так соотносились новые компьютеры на базе DDR3 и конкурирующих типов памяти в недавнем прошлом

Принципы подбора памяти в случае с платформами на базе DDR3 таковы:

• для FM1, FM2 и FM2+ , если речь идёт об APU с мощной интегрированной графикой, можно и нужно выбирать наиболее производительную оперативную память. Даже старенькие чипы на базе FM1 способны совладать с DDR3 на частоте 1866 МГц, а чипы на микроархитектуре Kaveri и её «рестайлинге» Godavari в некоторых случаях выжимают все соки даже из экстремально разогнанной DDR3 на частоте 2544 МГц! И это не «кукурузные», а действительно полезные в реальных сценариях работы мегагерцы. Поэтому оверклокерская память таким компьютерам просто необходима.

Начать стоит, к примеру, с модулей HyperX HX318C10F - они уже «в базе» работают при 1866 МГц и CL10, а в разгоне придутся как раз кстати чувствительным к тактовой частоте гибридным процессорам AMD.

Гибридные процессоры AMD остро нуждаются в высокочастотной памяти

• «антикварные» процессоры Intel на платформах LGA1156 и её серверного собрата LGA1366 способны оседлать высокочастотную DDR3 только в случае корректно подобранного множителя. Сам Intel гарантирует стабильную работу исключительно в рамках диапазоне «до 1333 МГц». Кстати, не забывайте о том, что помимо поддержки регистровой памяти с ECC, серверные платформы LGA1366 и LGA2011 предлагают трёх- и четырёхканальные контроллеры DDR3. И остаются, пожалуй, единственными кандидатами на апгрейд ОЗУ до 64 Гбайт, потому что не-регистровые модули памяти объёмом 16 Гбайт в природе почти не встречаются. Зато в LGA2011 разгон памяти стал легко осуществим вплоть до 2400 МГц.
• практически все процессоры на базе микроархитектур Sandy Bridge и Ivy Bridge (LGA1155) поддерживают оперативную память с частотой до 1333 МГц. Поднять частоту тактового генератора и получить таким образом «лёгкий» разгон в этом поколении Intel Core уже нельзя. Но модели с разблокированным множителем и «правильной» материнской платой способны выйти далеко за рамки пресловутых 1333 МГц, поэтому для Z-чипсетов и процессоров с суффиксом K есть смысл потратиться на модули HyperX Fury HX318C10F - штатные 1866 МГц «гонибельны» практически до предельных для Bridge-процессоров величин. Мало не покажется!
• LGA1150 , носитель чипов на базе микроархитектур Haswell и Broadwell стала последней из «гражданских» платформ Intel с поддержкой DDR3, но в методах взаимодействия с ОЗУ почти не изменилась со времён Sandy Bridge и Ivy Bridge. Разве что поддержка массовых моделей DDR3 с частотой 1600 МГц наконец воплотилась в жизнь. Если же говорить о разгоне, то теоретический максимум для процессоров с разблокированными множителями при оверклокерских матплатах составляет 2933 МГц! Максимум есть максимум, но с поддержкой профилей XMP в современных модулях DDR3 достичь высоких частот на стареющим типе памяти уже не сложно.

DDR4 - самая быстрая, самая элементарная в апгрейде и покупке память

DDR4 ещё совсем юн, но для того, чтобы раскрыть потенциал четырёхканальных контроллеров платформы Intel LGA 2011-v3, уже сейчас нужна оверклокерская память

С выбором памяти для сверхновых платформ всё предельно просто - частота массовых модулей DDR4 стартует с 2133 МГц (они достижимы и на DDR3, но «в прыжке»), а объём - с 4 Гбайт. Но покупать «стартовую» конфигурацию DDR4 сегодня настолько же недальновидно, как довольствоваться DDR3 с частотой 800 МГц на заре её появления.

Встроенный в процессоры на базе платформы LGA1151 контроллер памяти двухканальный, а это значит, что по-хорошему нужно уложиться в пару модулей, ёмкости которых хватит для современных игр. Сегодня такой объём составляет 16 Гбайт (нет, мы не шутим - с 8 Гбайт ОЗУ в 2017 году уже не получится «ни в чём себе не отказывать»), а что касается тактовой частоты, правильным мейнстримом стала память DDR4-2400.

В серверных/экстремальных процессорах для платформы LGA 2011-v3 контроллер памяти уже четырёхканальный, а из всех разновидностей ОЗУ де-юре поддерживается только DDR4-2133, но разгон памяти на базе чипсета Intel X99 с Intel Core i7 Extreme даётся не легко, а очень легко. Ну а компьютеру для максималистов нужна память для максималистов - например, «жэстачайшая» HyperX Predator DDR4 HX432C16PB3K2 с тактовой частотой 3200 МГц. Согласно принципу «гулять так гулять» укомплектовывать платформу LGA 2011-v3 нужно всеми четырьмя модулями - только в этом случае четырёхканальный контроллер сможет реализовать весь скоростной потенциал подсистемы памяти.

Чтобы не зубрить правила и исключения

На этот случай Kingston предлагает онлайн-конфигуратор . С его помощью можно подобрать гарантированно совместимую и эффективную оперативную память для десктопов, рабочих станций, неттопов, ультрабуков, серверов, планшетов и других устройств.
Есть резон сверить совместимость начинки ПК с памятью, которую вы присмотрели для покупки, чтобы не возвращаться в магазин и пояснять консультантам, что «память-то работоспособная, но моему компьютеру нужна DDR3-1600, которая не совсем обычная DDR3-1600».

Не бросайте стариков на произвол судьбы!

Зажечь можно в любом возрасте

Потому что устаревшие с наших оверклокерско-энтузиастских колоколен ПК всё ещё могут сослужить добрую службу менее амбициозным пользователям или переквалифицироваться в домашний сервер/медиацентр, а уж очередную песню «бессмертному» Sandy Bridge, который отметил шестилетие и всё ещё хорош, сегодня исполнять не будем. Высокого вам быстродействия и попутного ветра в модернизации ПК!

Быстрая оперативная память - это хорошо, а быстрая оперативная память со скидкой - ещё лучше! Поэтому не упустите возможность приобрести до 8 марта любой из комплектов памяти HyperX Savage DDR4 и HyperX Predator DDR4 со скидкой 10% по промокоду DDR4FEB в Юлмарте. Памяти много не бывает, а производительной и крутой памяти для новых платформ ПК - тем более!

Для получения дополнительной информации о продукции Kingston и HyperX обращайтесь на официальный сайт компании . В выборе своего комплекта HyperX поможет

Контроллер памяти

Контроллер памяти - цифровая схема, управляющая потоком данных к и от оперативной памяти . Может представлять собой отдельную микросхему или быть интегрирована в более сложную микросхему, например, в северный мост , микропроцессор или систему на кристалле .

Компьютеры, использующие микропроцессоры Intel традиционно имели контроллер памяти, встроенный в чипсет (северный мост), но многие современные процессоры, такие как DEC /Compaq Alpha 21364, AMD Athlon 64 и Opteron , IBM POWER5 , Sun Microsystems UltraSPARC T1 и процессоры Intel Core i7 имеют интегрированный контроллер памяти, расположенный на том же кристалле, для уменьшения задержки доступа в память. Хотя интеграция увеличивает производительность системы, происходит привязка микропроцессора к какому-то одному типу памяти, не позволяющая сочетать процессоры и память разных поколений. Для использования новых типов памяти требуется выпуск новых процессоров и изменение их разъема (например, после появления DDR2 SDRAM , AMD выпустила процессоры Athlon 64, использовавшие новый сокет Socket AM2).

Интеграция контроллера памяти с процессором не является новой технологией, так, еще в 1990х DEC Alpha 21066 и HP PA-7300LC использовали встроенные контроллеры для снижения стоимости системы.

Задачи

Контроллер памяти содержит логические цепи, необходимые для проведения операций чтения и записи в DRAM , а также для обновления хранимых в DRAM данных. Без периодических обновлений чипы памяти DRAM теряют информацию, так как разряжаются токами утечки конденсаторы , хранящие биты. Типичное время надежного хранения информации составляет доли секунды, но не менее 64 миллисекунд согласно стандартам JEDEC. На более длительных периодах времени информация сохраняется лишь частично.

Многоканальная память

Полностью буферизованная память FB-DIMM

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Контрнаступление Восточного фронта
• Контроль (значения)

Смотреть что такое "Контроллер памяти" в других словарях:

Контроллер прерываний - (англ. Programmable Interrupt Controller, PIC) микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств. Содержание 1 PIC 2 APIC … Википедия

контроллер доступа к памяти - — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN memory access controllerMAC …

Ячейка памяти ЭВМ - Запрос «ОЗУ» перенаправляется сюда. Cм. также другие значения. Простейшая схема взаимодействия оперативной памяти с ЦП Оперативная память (также оперативное запоминающее устройство, ОЗУ) в информатике память, часть системы памяти ЭВМ, в которую … Википедия

Программируемый контроллер прерываний - Контроллер прерываний микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств. Английское название Programmable Interrupt Controller (PIC). Как правило… … Википедия

Прямой доступ к памяти - (англ. Direct Memory Access, DMA) режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM) без участия Центрального Процессора (ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не… … Википедия

программируемый логический контроллер - ПЛК [Интент] контроллер Управляющее устройство, осуществляющее автоматическое управление посредством программной реализации алгоритмов управления. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 107. Теория управления. Академия наук СССР. Комитет научно… … Справочник технического переводчика

Функциональный контроллер - Схематическое расположение южного моста на системной плате Южный мост (от англ. Southbridge) (функциональный контроллер), также известен как контроллер концентратор ввода вывода от англ. I/O Controller Hub (ICH). Это микросхема, которая реализует … Википедия

USB-контроллер - в составе платформы персонального компьютера обеспечивает коммуникацию с периферийными устройствами, подключенными к универсальной последовательной шине. USB контроллер является интеллектуальным устройством, способным взаимодействовать с… … Википедия

Программируемый логический контроллер - Массово применяемый программируемый логический контроллер семейства SIMATIC S7 300 Программируемый логический контроллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер эле … Википедия

профессиональный графический контроллер - Контроллер имеет 320 Кбайт памяти. Разрешение — 640х480 элементов изображения. Возможность отображать 256 цветов из палитры, содержащей более 16 млн. оттенков. Тематики информационные технологии в целом EN… … Справочник технического переводчика

В этом сезоне мы уже могли убедиться в том, что Intel больше не брезгует перенимать у AMD некоторые прогрессивные идеи. В частности, совместимость наборов команд AMD64 и IA-32e многими трактуется именно так. AMD же никогда не брезговала использовать продвигаемые Intel технологии - даже в современный период относительной независимости она ратует за скорейшее внедрение поддержки SSE3 в своих процессорах.

реклама

Примечательно, что встроенным контроллером памяти будут оснащаться все процессоры, начиная с серверных и заканчивая мобильными. Судя по всему, Intel не только преследует выгоды от повышения эффективности подсистемы памяти. Встроенный в процессор контроллер памяти позволяет снизить задержки при обращении к памяти, а они будут расти по мере появления модулей DDR-II со все более высокими частотами. Вынуждая производителей чипсетов плотнее сотрудничать с представителями Intel (сторонним разработчикам придется подстраиваться под возможности интегрированного в процессоры Intel контроллера памяти), компания получит больше контроля над производством материнских плат и чипсетов.

реклама

Кстати, первые признаки подобной тенденции уже упоминались нами при описании архитектуры серверного чипсета TwinCastle. Контроллер памяти выделен в этом чипсете в отдельную микросхему. Это позволяет более гибко проектировать материнские платы, функциональность которых в серверном сегменте обновляется достаточно медленно. Очевидно, следующим шагом будет интеграция контроллера памяти в центральный процессор. На северный мост в таком случае ложатся преимущественно функции "посредничества" между центральным процессором и графической платой.

Остается лишь подождать пару лет, чтобы убедиться в достоверности этой информации или ее ложности:).

В первый месяц осени мы активно разбираем вопросы выбора оперативной памяти для нового персонального компьютера. Так как все современные системы поддерживают исключительно DDR3 тип памяти, именно о ней мы и ведем речь в статьях. В предыдущих статьях мы разобрали вопросы выбора планок оперативной памяти и ее типов, в отдельной статье мы остановились на вопросах выбора оптимального объема памяти для персонального компьютера. В данной завершающей обзорной статье мы хотели бы остановиться на вопросах выбора оперативной памяти применительно к процессорным платформам, существующим на рынках.
Рассмотрение сокетных платформ следует начать с того, что каждый процессорный сокет рассчитан на определенный тип процессоров, а для материнских плат выпускаются собственные чипы. Контроллер оперативной памяти встроен в современные процессоры, поэтому можно смело заявлять, что тип рекомендуемой памяти всецело зависит от центрального процессора, а тип примененного процессора от выбранного сокета и платформы. Начнем рассмотрение с популярных сокетных платформ компании AMD.

Одной из популярных и одновременно огорчивших пользователей оказался сокет AMD Socket FM1 . Данный сокет предназначен для использования процессоров AMD Llano. Данные процессоры имеют интегрированный контроллер оперативной памяти и неплохое графическое ядро. Максимальной официально поддерживаемой рабочей частотой планок оперативной памяти для данного сокета является частота 1866 Мгц. Поэтому мы рекомендуем приобретать именно данные планки оперативной памяти, так как они достаточно доступные на сегодняшний день. Следует отдельно выделить, что контроллер процессоров формата FM1 обладает способностью показывать отличный разгонный потенциал памяти, поэтому имеет смысл присмотреться к хорошо разгоняемым модулям, если вы планируете разгон на базе данной платфомы.

Картинка кликабельна --

Новые процессоры AMD Trinity основаны на архитектуре Piledriver, то есть вычислительные ядра данных процессоров должны будут работать быстрее, чем у AMD Llano. Сообщается об обновлении интегрированной графики в процессорах. В частности, наиболее быстрым графическим блоком будет AMD Radeon HD 7660D. Следует отметить, что архитектура данных ядер не аналогична архитектуре дискретных видеокарт AMD Radeon HD 7000, к примеру, ядрам Tahiti, поэтому возлагать особых надежд на красивые цифры не следует.

Существенным обнадеживающим фактом может считаться то, что AMD обнадежила пользователей долгим существованием сокета FM2, поэтому врятли покупателей данной платформы постигнет учесть владельцев Socket FM1 уже через год после анонса.

По предварительным данным, контроллер памяти двухъядерного процессора AMD A6-5400K с интегрированной графикой AMD Radeon HD 7540D и уровнем тепловыделения 65 ватт будет поддерживать память типа DDR3 с максимальной частотой лишь 1600 Мгц. Все остальные более старшие решения AMD A8-5500, AMD A8-5600K, AMD A10-5700 должны будут поддерживать наиболее быструю сертифицированную память DDR3 - 1866 Мгц.

Следует отметить, что покупателям AMD A6-5400K не следует гоняться за памятью DDR3-1600 Мгц. Обыкновенный разгон позволит достичь частоты 1866 Мгц, а если вы откажитесь от разгона - память все равно сможет работать также как и обычная с рабочей частотой 1600 Мгц. А вот при продаже планок памяти на вторичном рынке у вас могут возникнуть проблемы с продажей устаревающей DDR3-1600 Мгц.

Контроллеры у процессоров AMD Llano и AMD Trinity двухканальные, поэтому планки необходимо приобретать парные.

Картинка кликабельна --

Не следует забывать о существовании процессоров с разблокированным множителем для платформы AM3 - сери AMD Black Edition. Контроллеры оперативной памяти данных процессоров поддерживают планки с частотой до 1600 Мгц. Несмотря на это, опыт показывает, что контроллеры данных процессоров практически не могут выйти за пределы частоты в 1866 Мгц, поэтому приобретать оверклоккерские комплекты памяти для данных решений не имеет никакого смысла.

Картинка кликабельна --

Картинка кликабельна --

Если же вы не планируете разгон или не знали что нужно приобретать материнские платы на чипсетах с маркировкой "P" или "Z", и процессор с разблокированным множителем - смысла тратить средства нет. Приобретаете стандартные модули памяти и живете спокойно.

На сокете LGA 1156 мы останавливаться не будем, так как она ушла в истрорию. Лишь отметитм, что контроллер данных процессоров двухканальный. Для разгона также рекомендуется приобретать хорошие модули памяти. Во многих случаях можно обойтись планками с рабочей частотой 1866 Мгц.

Картинка кликабельна --

Картинка кликабельна --

Очень хочется надеяться, что данная статья поможет вам определиться с выбором памяти для своего процессора.

Кажется, что Intel в этом отношении догоняет AMD. Но, как часто бывает, когда гигант что-то делает, то и шаг вперёд получается гигантским. Если у Barcelona используется два 64-битных контроллера памяти DDR2, топовая конфигурация Intel включает целых три контроллера памяти DDR3. Если установить память DDR3-1333, которую Nehalem тоже будет поддерживать, это даст пропускную способность до 32 Гбайт/с в некоторых конфигурациях. Но преимущество встроенного контроллера памяти кроется не только в пропускной способности. Он существенно снижает задержки доступа к памяти, что не менее важно, учитывая, что каждый доступ стоит несколько сотен тактов. В контексте настольного использования снижение задержек встроенного контроллера памяти можно приветствовать, однако полное преимущество от более масштабируемой архитектуры будет заметно в многосокетных серверных конфигурациях. Раньше при добавлении CPU доступная пропускная способность оставалась прежней, однако теперь каждый новый дополнительный процессор увеличивает пропускную способность, поскольку каждый CPU обладает собственной памятью.

Конечно, чудес ожидать не следует. Перед нами конфигурация Non Uniform Memory Access (NUMA), то есть доступ к памяти будет обходиться по тем или иным накладным расценкам, в зависимости от того, где данные располагаются в памяти. Понятно, что доступ к локальной памяти будет производиться с самыми низкими задержками и самой высокой пропускной способностью, поскольку доступ к удалённой памяти происходит через промежуточный интерфейс QPI, снижающий производительность.

Нажмите на картинку для увеличения.

Влияние на производительность предсказать сложно, поскольку всё зависит от приложения и операционной системы. Intel утверждает, что падение производительности при удалённом доступе по задержкам составляет около 70%, а пропускная способность снижается в два раза по сравнению с локальным доступом. По информации Intel, даже при удалённом доступе через интерфейс QPI, задержки будут ниже, чем на предыдущих поколениях процессоров, где контроллер находился на северном мосту. Однако это касается только серверных приложений, которые уже довольно долгое время разрабатываются с учётом конфигураций NUMA.

Иерархия памяти в Conroe была очень простой; Intel сконцентрировалась на производительности общего кэша L2, который стал лучшим решением для архитектуры, которая нацеливалась, главным образом, на двуядерные конфигурации. Но в случае с Nehalem инженеры начали с нуля и пришли к такому же заключению, что и конкуренты: общий кэш L2 не очень хорошо подходит для "родной" четырёхъядерной архитектуры. Разные ядра могут слишком часто "вымывать" данные, необходимые другим ядрам, что приведёт к слишком многим проблемам с внутренними шинами и арбитражем, пытаясь обеспечить все четыре ядра достаточной пропускной способностью с сохранением задержек на достаточно низком уровне. Чтобы решить эти проблемы, инженеры оснастили каждое ядро собственным кэшем L2. Поскольку он выделен на каждое ядро и относительно мал (256 кбайт), получилось обеспечить кэш очень высокой производительностью; в частности, задержки существенно улучшились по сравнению с Penryn - с 15 тактов до, примерно, 10 тактов.

Затем есть огромная кэш-память третьего уровня (8 Мбайт), отвечающая за связь между ядрами. На первый взгляд архитектура кэша Nehalem напоминает Barcelona, но работа кэша третьего уровня очень отличается от AMD - она инклюзивная для всех нижних уровней иерархии кэша. Это означает, что если ядро попытается получить доступ к данным, и они отсутствуют в кэше L3, то нет необходимости искать данные в собственных кэшах других ядер - там их нет. Напротив, если данные присутствуют, четыре бита, связанные с каждой строчкой кэш-памяти (один бит на ядро) показывают, могут ли данные потенциально присутствовать (потенциально, но без гарантии) в нижнем кэше другого ядра, и если да, то в каком.

Эта техника весьма эффективна для обеспечения когерентности персональных кэшей каждого ядра, поскольку она уменьшает потребность в обмене информацией между ядрами. Есть, конечно, недостаток в виде потери части кэш-памяти на данные, присутствующие в кэшах других уровней. Впрочем, не всё так страшно, поскольку кэши L1 и L2 относительно маленькие по сравнению с кэшем L3 - все данные кэшей L1 и L2 занимают, максимум, 1,25 Мбайт в кэше L3 из доступных 8 Мбайт. Как и в случае Barcelona, кэш третьего уровня работает на других частотах по сравнению с самим чипом. Следовательно, задержка доступа на данном уровне может меняться, но она должна составлять около 40 тактов.

Единственные разочарования в новой иерархии кэша Nehalem связаны с кэшем L1. Пропускная способность кэша инструкций не была увеличена - по-прежнему 16 байт на такт по сравнению с 32 у Barcelona. Это может создать "узкое место" в серверно-ориентированной архитектуре, поскольку 64-битные инструкции крупнее, чем 32-битные, тем более что у Nehalem на один декодер больше, чем у Barcelona, что сильнее нагружает кэш. Что касается кэша данных, его задержка была увеличена до четырёх тактов по сравнению с тремя у Conroe, облегчая работу на высоких тактовых частотах. Но закончим мы на положительной новости: инженеры Intel увеличили число промахов кэша данных L1, которые архитектура может обрабатывать параллельно.

TLB

Уже многие годы процессоры работают не с физическими адресами памяти, а с виртуальными. Среди других преимуществ такой подход позволяет выделять программе больше памяти, чем есть в компьютере, сохраняя только необходимые на данный момент данные в физической памяти, а всё остальное - на жёстком диске. Это означает, что каждый доступ к памяти виртуальный адрес нужно переводить в физический адрес, и для сохранения соответствия приходится использовать огромную таблицу. Проблема в том, что эта таблица получается столь большой, что на чипе её хранить уже не получается - она размещается в основной памяти, причём её можно даже сбрасывать на жёсткий диск (часть таблицы может отсутствовать в памяти, будучи сброшенной на HDD).

Если для каждой операции работы с памятью требовался бы такой этап перевода адресов, то всё работало бы слишком медленно. Поэтому инженеры вернулись к принципу физической адресации, добавив небольшую кэш-память напрямую на процессор, которая хранит соответствие для нескольких недавно запрошенных адресов. Кэш-память называется Translation Lookaside Buffer (TLB). Intel полностью переделала TLB в новой архитектуре. До сих пор Core 2 использовал TLB первого уровня очень маленького размера (16 записей), но очень быстрый и только для загрузок, а также больший кэш TLB второго уровня (256 записей), который отвечал за загрузки, отсутствующие в TLB L1, а также и записи.

Nehalem теперь оснастился полноценным двухуровневым TLB: кэш TLB первого уровня разделён для данных и инструкций. Кэш TLB L1 для данных может хранить 64 записи для маленьких страниц (4K) или 32 записи для больших страниц (2M/4M), а кэш TLB L1 для инструкций может хранить 128 записей для маленьких страниц (как и в случае Core2), а также семь для крупных. Второй уровень состоит из унифицированного кэша, который может хранить до 512 записей и работает только с маленькими страницами. Цель такого улучшения заключается в увеличении производительности приложений, которые используют большие массивы данных. Как и в случае двухуровневой системы предсказания ветвлений, перед нами ещё одно свидетельство серверной ориентации архитектуры.

Давайте на время вернёмся к SMT, поскольку эта технология тоже влияет на TLB. Кэш L1 TLB для данных и TLB L2 динамически распределяются между двумя потоками. Напротив, кэш L1 TLB для инструкций статически распределяется для малых страниц, а выделенный для больших страниц полностью копируется - это вполне понятно, учитывая его малый размер (семь записей на поток).

Доступ к памяти и предварительная выборка

Оптимизированный невыровненный доступ к памяти (Unaligned Memory Access)

В архитектуре Core доступ к памяти приводил к ряду ограничений по производительности. Процессор был оптимизирован для доступа к адресам памяти, выровненным по 64-байтным границам, то есть по размеру одной строчки кэша. Для невыровненных данных доступ был не только медленный, но и выполнение невыровненных инструкций считывания или записи было более накладным, чем в случае выровненных инструкций, независимо от реального выравнивания данных памяти. Причина заключалось в том, что эти инструкции приводили к генерации нескольких микроопераций на декодерах, что снижало пропускную способность с данными типами инструкций. В итоге компиляторы избегали генерировать инструкции подобного типа, подставляя вместо них последовательность инструкций, которые менее накладны.

Так, чтение из памяти, при котором происходил перехлёст двух строчек кэша, замедлялось примерно на 12 тактов, по сравнению с 10 тактами для записи. Инженеры Intel оптимизировали подобный тип обращений, чтобы он выполнялся быстрее. Начнём с того, что теперь нет падения производительности при использовании невыровненных инструкций чтения/записи в случаях, когда данные выровнены в памяти. В других случаях Intel тоже оптимизировала доступ, снизив падение производительности по сравнению с архитектурой Core.

Больше блоков предварительной выборки с более эффективной работой

В архитектуре Conroe Intel особенно гордилась аппаратными блоками предсказания. Как вы знаете, блок предсказания - это механизм, который следит за характером доступа к памяти и пытается предсказать, какие данные потребуются через несколько тактов. Цель заключается в том, чтобы упреждающим образом загрузить данные в кэш, где они будут располагаться ближе к процессору, и вместе с тем максимально использовать доступную пропускную способность тогда, когда процессору она не нужна.

Данная технология даёт замечательные результаты с большинством настольных приложений, но в серверной среде она часто приводила к потере производительности. Есть несколько причин подобной неэффективности. Во-первых, доступы к памяти часто сложнее предсказать в серверных приложениях. Доступ к базе данных, например, отнюдь не линейный - если в памяти запрашивается какой-либо элемент данных, то это не значит, что следующим будет соседний элемент. Это ограничивает эффективность блока предварительной выборки. Но основной проблемой была пропускная способность памяти в многосокетных конфигурациях. Как мы уже говорили раньше, она уже была "узким местом" для нескольких процессоров, но, помимо этого, блоки предварительной выборки приводили к дополнительной нагрузке на этом уровне. Если микропроцессор не выполняет доступ к памяти, то включались блоки предварительной выборки, пытаясь использовать пропускную способность, по их предположению, свободную. Однако блоки не могли знать, нужна ли эта пропускная способность другому процессору. Это означало, что блоки предварительной выборки могли "отбирать" у процессора пропускную способность, которая и так была "узким местом" в таких конфигурациях. Чтобы решить эту проблему, Intel не нашла ничего лучше, как отключить блоки предварительной выборки в таких ситуациях - вряд ли самое оптимальное решение.

Как утверждает Intel, эта проблема уже решена, однако компания не даёт никаких деталей по поводу работы новых механизмов предварительной выборки. Всё, что компания говорит: теперь не нужно отключать блоки для серверных конфигураций. Впрочем, даже Intel ничего не изменила, преимущества от новой организации памяти и, вследствие этого, большая пропускная способность должны нивелировать негативное влияние блоков предварительной выборки.

Заключение

Conroe стал серьёзным фундаментом для новых процессоров, и Nehalem построен как раз на нём. Здесь используется такая же эффективная архитектура, но теперь она намного более модульная и масштабируемая, что должно гарантировать успех в разных рыночных сегментах. Мы не говорим о том, что Nehalem революционизировал архитектуру Core, но новый процессор революционизировал платформу Intel, которая теперь стала достойным соответствием для AMD по дизайну, а по реализации Intel успешно обошла конкурента.

Нажмите на картинку для увеличения.

Со всеми улучшениями, сделанными на данном этапе (интегрированный контроллер памяти, QPI), неудивительно видеть, что изменения исполнительного ядра не такие значительные. Но возвращение Hyper-Threading можно считать серьёзной новостью, да и ряд небольших оптимизаций тоже должны обеспечить заметный прирост производительности по сравнению с Penryn на равных частотах.

Вполне очевидно, что самый серьёзный прирост будет в тех ситуациях, где основным "узким местом" была оперативная память. Если вы прочитали статью целиком, то наверняка заметили, что именно на эту область инженеры Intel уделили максимум внимания. Кроме добавления встроенного контроллера памяти, который, без сомнения, даст наибольший прирост касательно операций доступа к данным, есть и множество других улучшений, как крупных, так и мелких - новая архитектура кэша и TLB, невыровненный доступ к памяти и блоки предварительной выборки.

Учитывая всю теоретическую информацию, мы с нетерпением ждём, как улучшения отразятся на реальных приложениях после выхода новой архитектуры. Мы посвятим этому несколько статей, так что оставайтесь с нами!